基于PLC的硬脂酸钙反应釜监控系统设计.pdf

工业自动化
电工程技木2010年第39卷第12期
基于PIC的硬脂酸钙反应监控系统设计
孙样国,杨大志,廖映华
(四川理工学院机械工程学院,四川自贡643000)
摘要:详细分析了基于PLC的硬脂酸钙反应釜监控系统的功能要求,介绍了监控系统的硬件系统的选型和设计,同时介绍了软件
系统的设计与实现。实际跟踪运行结果表明,该监控系统运行平稳可靠,节约了能耗,明显地提高了经济效益。
关键词:硬脂酸钙反应釜;监控系统;PIC
中图分类号:TP277
文献标识码:B文章编号:1009-9492(2010)12-0080-02
1引言
作工人稍不留心或慢一点就会发生反应液溢出,而且这
智能监控系统已广泛应用于各行各业,比如煤矿矿井是经常发生的事,同时,温度必须达到78℃才能使反应
瓦斯监控系统,蔬菜大棚智能监控系统,化工过程监控系
达到良好的效果,因此,温度控制十分困难。再有就是
统等。近年来,“低碳”已逐渐深入我们的工作和生活
液位高度,要求液位高度误差为±5mm。进料也是关键,
中,但是在工业生产中,在一些老的、旧的生产企业或车主要是硬脂酸、氢氧化钙、水、催化剂的量和它们的比
间,还存在部分能耗高、污染较重、工艺落后的设备,如
例,如果比例精度不高,就达不到质量要求。进料量及
果弃之不用,则损失较大。如果继续用,则会产生较高的
其比例都是由工人手工完成,工人在人工称重时,劳动
运行成本、较重的污染和能耗。如何解决这些问题,已成强度大,而且往往很难达到比例要求,质量很难控制。
为这些企业当前面临的重要课题,笔者走访了部分这些老
基于综合考虑,设计的智能控制系统要控制的物理量如
企业,针对这些问题进行了详细的调查,重点对上世纪八
表1
九十年代的化工企业的反应釜、反应塔、干燥设备等一些
化工设备进行了详细调查,普遍存在能耗高、工艺落后、
表1智能控制系统被控参数
操作复杂、自动化程度低的现象,其中还有部分是手动操
参数名称釜上温度。釜中温度釜下温度液位高度放料口加热器
作,工人劳动强度大,工作环境恶劣,劳动效率低下,企
代号 YKFSWD YKIZWD YKFXWD YKYWGD YKFLGF、YKRQ
业面临被淘汰,工人面临下岗的局面。基于某化工企业的
参数范围0-850-8
0~85
0-4
要求,作者对该企业的硬脂酸钙反应釜增加了智能监控系
单位
℃
统,增加了安全性,降低了工人的劳动强度,节约了能
数据类型数值型数值型数值型数值型开关型开关型
耗,明显地提高了经济效益。
是否报警
2系统分析
参数名称原料1量原料2量催化剂量搅拌器母液量水量
该反应釜主要是应用于生产硬脂酸钙,其化学反应:
代号 YKYLC YKYLZ YKCHJ YKJBQ YKMYT.。YKSL
2C1: COOH+Ca(OH) =(CMH: CO0), Ca+2H,O
参数范围0-8000-8000-
0~20000-1500
在一定温度、浓度时,在催化剂作用下,进行化学
单位
kg
反应,生成硬脂酸钙,在这个反应中主要控制的是反应
数据类型数值型数值型数值型开关型数值型数值型
温度、进料量、反应釜的液位高度、反应时间、电阻丝
是否报警
N
Y
Y
加热器、放料口阀等。在这个反应过程中,反应温度
进料量、反应釜的液位高度是关键。在改造前,是人エ3硬件设计
手动操作,如果温度超过80℃,就会迅速沸腾溢出,操
由前面的系统分析可知,系统需要监测温度、液位
四川省人工智能重点实验室开放基金项目(编号:2009RYOO2)
收稿日期:2010-10-14
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等,同时需要控制加热器、放料等,因此本系统设计成
控制。其他控制亦然。
一个由数据监測、输出控制和微控制器等组成的数字化智3.3微控制器
能监控系统:通过温度传感器、液位传感器等采集温度
微控制器是整个控制系统的“大脑”,接收檢测系统
液位等信号,再经处理、放大等,输送到微控制器分析
输人的数据,对数据分析、处理、判断,通过相关的输出
处理、判断、再发出相应的控制信号,控制加热器、放料
接口输出控制信号控制相关的设备。根据前面对整个系统
阀等,同时通过液晶显示器实时显示当前的温度、液位
的分析,同时对微控制器目前在工业自动化上的应用情
等,智能监控系统结构如图1所示。
况,系统选用了西门子S7-200型PLC,该PILC性能良好,
性价比高,同时具有很强的适应性,在
温度液位等信号处理微控制器
信
加热器、放料
工业自动化控制中有很好的成功成用案
传感器(信马
(分析、处理、
例。带有系统足够用的DI和DO,还有
制信
采集)
判断
液晶显示器
串口等。
4系统软件设计及调试
图1智能謚控系统结构
要实现对系统的智能监控,除了硬
件部分,还必须软件支撑,才能实现系
3.1数据采集
统复杂的监控功能,根据前面对系统被监控参数分析,本
根据前面对硬脂酸钙反应瓮的分析可知,系统需要对
系统采用了主程序和子程序的编程思想,各子程序把系统
温度、液位等物理量进行数据采集,数据采集是否准确
分割成独立的功能部分进行编程,在主程序中,根据工艺
可靠,最基本、最关键的是传感器,考虑到系统对传感器
流程对各个子程序进行调用,构成整个系统的控制程序
的精度、响应特性、稳定性、灵敏度、可靠性、测量方
这样对整个系统的监控功能的维护和修改很容易实现,可
式、线性范围等因素,同时考虑到价格等因素。选择了
以方便和高效地对系统升级。同时软件系统也很容易移植
如下一些传感器。
到类似的系统中去。
(1)温度传感器:选用PT100-50-200℃利用温度变送
本系统监控功能总的流程图如例2所示。
器,配数字显示器,数据直观,精度可达0.01℃,成本低
廉,可现场显示測量温度值,二线制4~20mA远传输出。
开始
(2)液位传感器:利用流体静力学原理测量液位,是
圧力传感器的一项重要应用。本设计选用的传感器采用特
系统初始化
种的中间带有通气导管的电缆及专门的密封技术,既保证
了传感器的水密性,又使得参考压力腔与环境压力相通,
调用获系统参数的子程序
从而保证了测量的高精度和高稳定性。同时针对化工T业
调用液晶初始化子程序
中强蚀性的酸性液体而特制,壳体采用聚四氟乙烯材料
制成,采用特种氟胶电缆及专门的密封技术进行电气连
接,既保证了传感器的水密性、耐腐蚀性,又使得参考压
自检成功
力腔与环境压力相通,从而保证了测量的高精度和高稳定
性。稳定性好,满度、零位长期稳定性可达0.1%FS/年。
选择工作方式
在补偿温度O℃~70℃范围内,温度飄移低于0.1%FS,在整
个允许工作温度范同内低于0.3%FS。具有反向保护、限流
保护电路,在安装时正负极接反不会损坏变送器,异常时
巡回检测<